아무리 구기고 구부려도 따뜻한 물에 넣으면 원래 모양으로 복원되는 형상기억합금의 원리

Question

안경테나 의료용 스텐트 등에 쓰이는 형상기억합금은 외력을 가해 모양을 심하게 변형시켜도 일정 온도 이상으로 열을 가해주면 원래 고유의 모양으로 되돌아간다고 하는데, 어떻게 그렇게 되는건지 재료공학적 원리가 알고 싶습니다

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

형상기억합금은 단순히 탄성이 좋은 금속이 아니라, 온도에 따라 내부 결정 구조 자체가 바뀌는 금속이에요 대표적으로 니켈-티타늄 합금은 차가울 떄는 쉽게 변형되는 마르텐 사이트 구조이고, 따뜻해지면 원래 형태를 기억하는 오스테나이트 구조로 바뀌어요.

그래서 차가운 상태에ㅐ서는 구부려도 원자들이 미끄러지는 것이 아니라 결정 구조만 변형되요. 이후 일정 온도 이상으로 가열하면 결정 구조가 다시 원래 상태로 돌아가면서 처음 만들어 놓은 모양도 함꼐 복원되는 것이죠.

일반 금속은 심하게 구부리면 원자 배열이 영구적으로 틀어져 원래 모양으로 돌아오지 않지만, 형상기억합금은 구조가 가역적으로 변하기 떄문에 반복해서 모양을 회복할 수 있습니다. 이런 특성 떡분에 안경테, 의료용스텐트, 인공심장 밸브 등에서 널리 사용되고 있어요 :)

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

형상기억합금은 주로 니켈 티타늄 합금으로 만들어지며 낮은 오도에서는 쉽게 변형되는 마르텐사이트 구조를 가지지만 일정 온도 이상으로 가열하면 원래 형태를 기억하는 오스테나이트 결정 구조를 상변태가 일어나면서 처음 설정된모양으로 되돌아갑니다 이 과정은 원자의 배열이 규치적으로 재배열되는 재료공학적 현상으로 단순한 탄성 복원이 아니라 결정구조 자체가 변화하는 것이 핵심입니다 이렇나 특성 덕분에 안경테 혈관 스텐트 치열교정 와이어 항공우주 부품 등 반복적인 변형과복원이 필요한 다양한 분야에서 활용되고 있습니다